Samomazalne prevleke iz kemičnega niklja

Kemično niklanje je postopek, ki omogoča ustvarjanje kompozitnih prevlek na osnovi niklja in funkcionalnih delcev. Postopek omogoča vključitev delcev v plast kemičnega niklja, pod pogojem, da so nekateri parametri upoštevani, da se omogoči soodlaganje delcev.

V tem članku so opisani delci, ki, ko so vključeni v prevleko, prispevajo k zmanjšanju koeficienta trenja in zagotavljanju lastnosti proti sprijemanju.

Zgodovinski oris

Že v prvih letih razvoja kemičnega niklanja kot industrijskega postopka so bile identificirane metode za soodlaganje samomazalnih delcev, kot je PTFE (politetrafluoroetilen).

Poleg tega so bili v kemični nikelj eksperimentalno vključeni tudi drugi delci, ki pomagajo zmanjšati koeficient trenja, kot so molibdenov disulfid (MoS2), grafit (C) in heksagonalni borov nitrid (hBN). Te molekule imajo ploščato heksagonalno kristalno strukturo, ki omogoča kristalom, da drsijo drug ob drugem na vzporednih ravninah z minimalnim trenjem. Za doseganje njihovih protitornih lastnosti je potrebno, da več kristalnih ravnin drsi druga prek druge. Kristalni delci z lamelno strukturo imajo vsi zelo nizek in podoben koeficient trenja, vendar ima vsak svojo maksimalno temperaturo uporabe. V tem smislu je najbolj učinkovit material hBN, ki je sposoben prenašati tudi visoke temperature.

Vključitev teh mikro in nano prahov v plast kemičnega niklja je tehnično izvedljiva, vendar je bil postopek uporabljen le v nekaterih specifičnih nišah zaradi tehničnih težav, povezanih z aglomeracijo in koagulacijo delcev. Poleg tega je za učinkovito zmanjšanje trenja potrebno vključiti velike količine delcev, tako da se med drsenjem tvori zadostna količina lamel na površini, ki lahko ustvarijo več drsnih ravnin na vmesniku.

Trenutno stanje tehnologije

PTFE je molekula, ki se najpogosteje uporablja za zmanjšanje trenja in spada v družino fluoriranih polimerov, ki imajo skupne značilnosti nizkega koeficienta trenja in lastnosti proti sprijemanju. Zlasti polimer PTFE ima visoko temperaturo neprekinjene uporabe 250°C in temperaturo začetne razgradnje nad 300°C. PTFE se lahko enostavno uporablja v vodni raztopini v kopelih za kemično niklanje, z nanesenimi delci velikosti približno 300nm (0,3 µm). Odvisno od formulacije elektrolita se delci PTFE soodlagajo v spremenljivih količinah, kar zagotavlja spremembe koeficienta trenja, sorazmerne s količino razpoložljivega PTFE. PTFE se zaradi svoje plastične strukture razporedi po površini po drsenju nasprotne površine, s čimer ustvari zelo tanko plast trdnega maziva na vmesniku med obema kovinama.

Koeficient trenja kemičnega niklja na kovinski površini, v pogojih suhega drsenja, je približno 0,4-0,5. Vendar pa, če plast kemičnega niklja vsebuje dobro količino PTFE (vsaj 20-25 vol.%), koeficient trenja pade na približno 0,1-0,12, zelo blizu koeficienta trenja čistega PTFE, ki znaša 0,05. Niplate® 500 PTFE vsebuje visok odstotek PTFE (25-35%) in ima koeficient trenja 0,1 proti jeklu in 0,08 pri drsenju po samem sebi. Ta prevleka je primerna za uporabo v pogojih drsenja na površinah z nizko hrapavostjo, z nizkimi kontaktnimi silami in kjer ne prihaja do posebej abrazivne obrabe. V aplikacijah, kjer je prisotna visoka abrazivna obraba, so prevleke kemičnega niklja, ki vsebujejo trde keramične delce, kot je Niplate® 600 SiC, posebej učinkovite.

PTFE ima tudi izrazite lastnosti proti sprijemanju zaradi svoje kemične inertnosti, ki ne ustvarja vezi z materiali, s katerimi pride v stik. Čeprav je ta lastnost zelo uporabna kot ločevalno sredstvo, je oprijem plasti čistega PTFE, nanešenega kot prevleka, slab. Očiten primer je prevleka posod z lastnostmi proti sprijemanju, ki se zlahka loči od aluminija, kljub ustreznem peskanju in pripravi. Vendar pa vključitev PTFE v matriko kemičnega niklja, ki je zelo enakomerna in ima visoko oprijemljivost na osnovno kovino, prepreči problem slabega oprijema PTFE in omogoča izkoriščanje njegovih lastnosti tudi na delih s kompleksno geometrijo in tesnimi dimenzijskimi tolerancami.

Niplate® 500 PTFE ima zaradi svoje visoke vsebnosti PTFE prednost pred drugimi komercialnimi prevlekami nikelj-PTFE, ki vsebujejo manjšo količino delcev PTFE. Na primer, uporablja se na ekstruderjih za plastične mase za zmanjšanje tlakov, potrebnih za ekstruzijo. Na splošno lahko med ekstruzijo zaradi trenja, ki ga povzroča močan tlak, pride do zažiganja polimera v ekstruzijski komori. Vendar pa drsne lastnosti prevleke nikelj-PTFE omogočajo zmanjšanje tlaka ekstruzije in posledično trenja, s čimer odpravljajo ta problem. Niplate® 500 PTFE se uporablja tudi na ploščah za varjenje filmov za embalažo, na delih strojev za lepljenje in etiketiranje ter za preprečevanje nabiranja vodnega kamna na šobah elektromagnetnih ventilov za vodo in nabiranja mulja in biofilma na toplotnih izmenjevalcih. Še posebej je uporaben za uporabo na vodilih brez mazanja, kjer lahko prenese visoke hitrosti suhega drsenja.